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自然资源遥感  2025, Vol. 37 Issue (5): 131-140    DOI: 10.6046/zrzyyg.2024267
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基于上下文敏感贝叶斯网络的角度阈值多元变化检测
朱睿1(), 李轶鲲1,2,3(), 李小军1,2,3, 杨树文1,2,3, 谢江陵1
1.兰州交通大学测绘与地理信息学院,兰州 730070
2.地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心,兰州 730070
3.甘肃省测绘科学与技术重点实验室,兰州 730070
Multivariate alteration detection using angle thresholds based on a context-sensitive Bayesian network
ZHU Rui1(), LI Yikun1,2,3(), LI Xiaojun1,2,3, YANG Shuwen1,2,3, XIE Jiangling1
1. Faculty of Geomatics,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China
2. National-Local Joint Engineering Research Center of Technologies and Applications for National Geographic State Monitoring,Lanzhou 730070,China
3. Key Laboratory of Science and Technology in Surveying & Mapping,Gansu Province,Lanzhou 730070,China
全文: PDF(3766 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

在遥感图像多变化检测领域中,后验概率空间变化向量分析(change vector analysis in posterior probability space,CVAPS)是一种得到广泛使用的变化检测方法。然而,CVAPS利用支持向量机来估计遥感图像像素的后验概率向量,易受到遥感图像中同物异谱、异物同谱、混合像元等因素的影响,从而难以准确估计复杂像元的后验概率向量的强度和方向,并影响了其后多元变化检测的精度。因此,文章在CVAPS的框架下,提出了一种采用模糊C均值聚类分解混合像元,并耦合上下文敏感的贝叶斯网络,使用角度阈值进行多变化类型检测的方法。当夹角小于一定阈值时,则判定该像素为该标准变化向量所代表的变化类型。实验结果证明该算法具有较高变化检测性能,取得了高于对比算法的精度。

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朱睿
李轶鲲
李小军
杨树文
谢江陵
关键词 角度阈值多元变化检测模糊C均值上下文敏感的贝叶斯网络后验概率空间变化向量分析    
Abstract

In the field of multivariate alteration detection (MAD) of remote sensing images,change vector analysis in posterior probability space (CVAPS) is a widely used method. However,the CVAPS,which employs support vector machines to estimate the posterior probability vectors of remote sensing image pixels,is susceptible to various factors such as different objects with the same spectrum,the same object with different spectra,and mixed pixels in remote sensing images. These factors make it difficult to accurately estimate the magnitude and direction of the posterior probability vectors of complex pixels,consequently affecting the accuracy of multivariate alteration detection. Therefore,under the framework of CVAPS,this paper proposed a MAD method using angle thresholds,which employed the fuzzy C-means clustering to decompose mixed pixels and coupled a context-sensitive Bayesian network. When the angle is less than a certain threshold,the pixel is identified as the change type represented by the standard change vector. Experimental results show that the proposed algorithm exhibited superior alteration detection performance,achieving higher change detection accuracy than other algorithms.

Key wordsangle threshold    multivariate alteration detection (MAD)    fuzzy C-means (FCM)    context-sensitive Bayesian network    posterior probability space    change vector analysis (CVA)
收稿日期: 2024-08-07      出版日期: 2025-10-28
ZTFLH:  TP751  
基金资助:国家重点研发计划项目 “边海重点区域安全态势异常感知与互联互通分析技术”(2022YFB3903604);国家自然科学基金项目“西北重点城市彩钢板建筑群与产业园区时空关联关系”(42161069)
通讯作者: 李轶鲲(1978-),男,副教授,主要研究方向为遥感图像变化检测。Email:liyikun2003@hotmail.com
作者简介: 朱 睿(2001-),女,硕士研究生,主要研究方向为遥感图像处理。Email:zhurui17352159147@163.com
引用本文:   
朱睿, 李轶鲲, 李小军, 杨树文, 谢江陵. 基于上下文敏感贝叶斯网络的角度阈值多元变化检测[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(5): 131-140.
ZHU Rui, LI Yikun, LI Xiaojun, YANG Shuwen, XIE Jiangling. Multivariate alteration detection using angle thresholds based on a context-sensitive Bayesian network. Remote Sensing for Natural Resources, 2025, 37(5): 131-140.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2024267      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2025/V37/I5/131
Fig.1  FCM-CSBN-CVAPS-AT算法流程图
地物(变化)类型 研究区1 研究区2 研究区3
总地物类型 3 4 5
可能变化类型 6 12 20
实际变化类型 1 2 3
Tab.1  各研究区地物类型数量
Fig.2  研究区1变化检测算法比较
Fig.3  研究区2变化检测算法比较
Fig.4  研究区3变化检测算法比较
Fig.5  角度阈值对研究区2变化地物Kappa系数的影响
算法 研究区1(林地到荒地) 研究区2(建筑物到林地) 研究区2(建筑物到荒地)
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
本文算法 13.08 2.62 94.69 0.879 3 21.26 21.38 98.46 0.778 8 22.34 13.44 98.09 0.808 7
FCM-SBN-
CVAPS-AT
26.61 4.37 87.98 0.739 9 58.69 7.77 95.00 0.548 1 18.16 33.18 97.81 0.723 4
SVM-CVAPS-
AT
18.61 14.08 89.62 0.760 1 50.24 54.42 96.38 0.497 1 49.49 44.89 95.08 0.501 2
FCM-CSBN-
CVAPS-MC
14.82 3.36 95.62 0.859 0 26.64 28.14 98.05 0.715 9 19.54 33.62 97.53 0.714 6
FCM-SBN-
CVAPS-MC
18.26 4.96 91.94 0.819 0 57.97 15.04 95.75 0.510 2 18.69 43.47 97.19 0.652 8
SVM-CVAPS-
MC
8.45 68.23 78.10 0.372 1 53.21 73.84 94.85 0.311 0
FCM-CSBN-
PCC
24.72 1.99 89.48 0.772 3 51.90 34.73 96.21 0.534 6 58.04 42.18 93.93 0.454 9
DCVA 30.86 2.78 85.84 0.701 7 90.05 9.33 70.10 0.122 4 94.32 69.83 71.61 0.013 0
Tab.2  研究区1和研究区2变化检测算法性能比较
算法 荒地到建筑物 建筑物到荒地 林地到建筑物
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
本文算法 31.38 2.05 93.30 0.768 1 27.96 4.76 99.45 0.817 6 26.83 18.05 99.77 0.772 0
FCM-SBN-
CVAPS-AT
28.37 22.19 92.42 0.701 5
SVM-CVAPS-
AT
33.95 12.20 91.80 0.705 9 48.22 16.68 98.76 0.632 8
FCM-CSBN-
CVAPS-MC
8.56 63.87 91.93 0.482 8
FCM-SBN-
CVAPS-MC
30.39 35.53 91.75 0.622 3
SVM-CVAPS-
MC
17.81 36.56 93.96 0.682 9
FCM-CSBN-
PCC
42.86 53.06 87.38 0.443 7 93.00 86.39 96.49 0.076 2 99.38 84.60 87.91 0.002 9
DCVA 65.70 34.33 77.10 0.323 5 98.00 65.13 76.63 0.013 2
Tab.3  研究区3变化检测算法性能比较
[1] 李德仁. 利用遥感影像进行变化检测[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2003, 28(s1):7-12.
Li D R. Change detection from remote sensing images[J]. Geoma-tics and Information Science of Wuhan University, 2003, 28(s1):7-12.
[2] 李天宏, 韩鹏. 厦门市土地利用/覆盖动态变化的遥感检测与分析[J]. 地理科学, 2001, 21(6):537-543.
Li T H, Han P. Land use/cover change detection and analysis with remote sensing in Xiamen City[J]. Scientia Geographica Sinica, 2001, 21(6):537-543.
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2001.06.537
[3] 严宇, 刘耀林. 基于融合和IFLICM算法的非监督遥感影像变化检测[J]. 测绘通报, 2018(3):25-31.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2018.0070
Yan Y, Liu Y L. Unsupervised remote sensing image change detection based on fusion and IFLICM algorithm[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2018(3):25-31.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2018.0070
[4] 宋嘉鑫, 李轶鲲, 杨树文, 等. 基于后验概率空间变化向量分析的NSCT高分辨率遥感影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(3):128-136.doi:10.6046/zrzyyg.2023079.
Song J X, Li Y K, Yang S W, et al. NSCT-based change detection for high-resolution remote sensing images under the framework of change vector analysis in posterior probability space[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(3):128-136.doi:10.6046/zrzyyg.2023079.
[5] 谢江陵, 李轶鲲, 李小军, 等. 基于耦合空间模糊C均值聚类和推土机距离的变化检测[J]. 遥感信息, 2024, 39(3):144-152.
Xie J L, Li Y K, Li X J, et al. Change detection using coupling spatial fuzzy C-means clustering and earth mover’s distance[J]. Remote Sensing Information, 2024, 39(3):144-152.
[6] Song J X, Li Y K, Li X J, et al. Unsupervised remote sensing image classification with differentiable feature clustering by coupled transformer[J]. Journal of Applied Remote Sensing, 2024, 18(2):026505.
[7] 赵鹤婷, 李小军, 徐欣钰, 等. 基于ICM的高光谱图像自适应全色锐化算法[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2):97-104.doi:10.6046/zrzyyg.2023026.
Zhao H T, Li X J, Xu X Y, et al. An ICM-based adaptive pansharpening algorithm for hyperspectral images[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(2):97-104.doi:10.6046/zrzyyg.2023026.
[8] Gao X, Xiong H K. Unsupervised representation learning with prior-free and adversarial mechanism embedded autoencoders[C]// 2018 IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME). IEEE,2018:1-6.
[9] Liang C F, Chen Z. A self-supervised hierarchical clustering network for multiple change detection in multitemporal hyperspectral images[C]// 2022 12th Workshop on Hyperspectral Imaging and Signal Processing:Evolution in Remote Sensing (WHISPERS). IEEE,2022:1-4.
[10] 盛光伟. 基于角度优先变化向量分析的林地变化检测[D]. 南京: 南京大学, 2020.
Sheng G W. Forest change detection based on direction-first change vector analysis[D]. Nanjing: Nanjing University, 2020.
[11] Li L, Li X, Zhang Y, et al. Change detection for high-resolution remote sensing imagery using object-oriented change vector analysis method[C]// 2016 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). IEEE,2016:2873-2876.
[12] Chen J, Chen X H, Cui X H, et al. Change vector analysis in posterior probability space:A new method for land cover change detection[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2011, 8(2):317-321.
[13] Melgani F, Bruzzone L. Classification of hyperspectral remote sens-ing images with support vector machines[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2004, 42(8):1778-1790.
[14] Lantzanakis G, Mitraka Z, Chrysoulakis N. X-SVM:An extension of C-SVM algorithm for classification of high-resolution satellite imagery[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sens-ing, 2021, 59(5):3805-3815.
[15] 龙亦凡, 乔雯钰, 孙静. 基于SVM的大屯矿区遥感影像变化检测[J]. 测绘与空间地理信息, 2020, 43(12):107-110,115.
Long Y F, Qiao W Y, Sun J. Change detection of remote sensing images in Datun mining area based on support vector machine[J]. Geomatics & Spatial Information Technology, 2020, 43(12):107-110,115.
[16] Li Y K, Li X J, Song J X, et al. Remote-sensing-based change detection using change vector analysis in posterior probability space:A context-sensitive Bayesian network approach[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2023, 16:3198-3217.
[17] 李轶鲲, 杨洋, 杨树文, 等. 耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的遥感影像后验概率空间变化向量分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4):82-88.doi:10.6046/zrzyyg.2021032.
Li Y K, Yang Y, Yang S W, et al. A change vector analysis in posterior probability space combined with fuzzy C-means clustering and a Bayesian network[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(4):82-88.doi:10.6046/zrzyyg.2021032.
[18] Li Y K, Yang S W, Liu T, et al. Comparative assessment of semantic-sensitive satellite image retrieval:Simple and context-sensitive Bayesian networks[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2012, 26(2):247-263.
[19] Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms[J]. IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics, 1979, 9(1):62-66.
[20] Saha S, Bovolo F, Bruzzone L. Unsupervised deep change vector analysis for multiple-change detection in VHR images[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2019, 57(6):3677-3693.
[1] 宋嘉鑫, 李轶鲲, 杨树文, 李小军. 基于后验概率空间变化向量分析的NSCT高分辨率遥感影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(3): 128-136.
[2] 王子浩, 李轶鲲, 李小军, 杨树文. 基于空间模糊C均值聚类和贝叶斯网络的抗噪声遥感图像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 96-104.
[3] 李轶鲲, 杨洋, 杨树文, 王子浩. 耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的遥感影像后验概率空间变化向量分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 82-88.
[4] 徐锐, 余小于, 张驰, 杨瑨, 黄宇, 潘俊. 融合Unet网络和IR-MAD的建筑物变化检测方法[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 90-96.
[5] 朱欣然, 吴波, 张强. 一种改进CVAPS的LUCC分类自动更新方法[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(2): 29-37.
[6] 尹凌宇, 覃先林, 孙桂芬, 刘树超, 祖笑锋, 陈小中. 利用KPCA法检测高分一号影像中的森林覆盖变化[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(1): 95-101.
[7] 李春干, 梁文海. 基于面向对象变化向量分析法的遥感影像森林变化检测[J]. 国土资源遥感, 2017, 29(3): 77-84.
[8] 胡玉玺, 李轶鲲, 杨萍. 基于上下文敏感的贝叶斯网络及方向关系的遥感图像检索[J]. 国土资源遥感, 2017, 29(3): 70-76.
[9] 黄维, 黄进良, 王立辉, 胡砚霞, 韩鹏鹏. 基于PCA的变化向量分析法遥感影像变化检测[J]. 国土资源遥感, 2016, 28(1): 22-27.
[10] 李莎, 倪维平, 严卫东, 吴俊政, 张晗. 基于选权迭代估计与非监督分类的多光谱图像变化检测[J]. 国土资源遥感, 2014, 26(4): 34-40.
[11] 徐超, 詹金瑞, 潘耀忠, 朱文泉. 基于多时相TM图像的耕地信息提取[J]. 国土资源遥感, 2013, 25(4): 166-173.
[12] 白杨, 赵银娣. 基于KPCA和FCM的HJ-1A星遥感数据分类[J]. 国土资源遥感, 2013, 25(1): 71-76.
[13] 徐前祥, 盛辉, 廖明生. MNF与MAD变换相结合的城市扩展研究[J]. 国土资源遥感, 2006, 18(4): 43-45.
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